Soluciones para la reconstrucción de aplicadores ginecológicos en braquiterapia sobre MRI

Antonio Otal Palacín

Valencia, 24 de mayo de 2024

Índice

• Introducción
• Dummies
• Bibliotecas de aplicadores
• Publicaciones
• Trabajos derivados
• Conclusiones

Introducción

Notes

Cáncer de cuello uterino

• Tercer cáncer más frecuente en mujeres y el ginecológico más frecuente
• No hablaremos del resto de tumores ginecológicos, aunque son exportables algunas de la metodologías expuestas

Esquema de tratamiento

• Enfermedad localmente avanzada (FIGO IB2-IV4)¹

Fases de tratamiento

Radioterapia externa de la zona pélvica

Quimioterapia concurrente

Braquiterapia

Recordar que hablaremos de braquiterapia excepto en el artículo 3 que pasaremos por encima en el caso de sumar las dosis de externa y BT

1. Estas etapas implican una extensión significativa del tumor, pudiendo abarcar desde lesiones visibles en el cuello uterino hasta la invasión de áreas más allá del útero, como la pared pélvica, la vagina inferior o incluso la mucosa de la vejiga o el recto (ICRU89)

Esquema de tratamiento

Braquiterapia

ICRU89

ICRU Report 89, Prescribing, Recording, and Reporting Brachytherapy for Cancer of the Cervix

---

Consideraciones prácticas en la implementación de la Resonancia Magnética en la planificación en braquiterapia ginecológica de cérvix

Hablar de que el ICRU89 es el documento heredero de las recomendaciones de GEC-ESTRO. Recordar el trabajo del grupo de la SEFM

Imagen en BT de cérvix

Ultrasonidos

Tomografía por emisión de positrones (PET/CT)

Tomografía Computarizada

Resonancia Magnética Nuclear

Solamente imagen en 3D. Aunque los US son una modalidad prometedora no es la estándar.

Imagen en BT de cérvix

Tomografía Computarizada

Resonancia Magnética Nuclear

Tomografía Computarizada

• El CT es una modalidad de imagen ampliamente utilizada en BT ginecológica para el tratamiento de tumores cervicales
• Permite delinear los OAR de forma comparable a la MRI
• Su uso está muy extendido y los Oncólogos radioterápicos están familiarizados con su interpretación.
• Limitación es el contraste relativamente bajo de los tejidos blandos en comparación con la MRI

Hablar también del tiempo de exploración.Artefactos de movimiento no.

Resonancia Magnética Nuclear

• Las secuencias de MRI más útiles son la T2 para visualizar la anatomía y la colocación del aplicador.
• Secuencias adicionales como la T1 con contraste o la isotrópica 3D pueden proporcionar información complementaria.

Hablar de la disponibilidad. Modalidad de imagen para la zona pélvica.

MRI vs CT: Cervix

Se aprecia el cérvix, en el CT no. Aumento del volumen segmentado. Dificulad en la BT adaptativa con CT.

MRI vs CT: Aplicador

Volver a comentar la solución del registro vs reconstrucción directa. Hay que recordar que la adquisición de imágenes no se hace en el mismo lugar ni al mismo tiempo. Aplicadores de titanio, apantallamiento del canal.

¿Qué es la reconstrucción de aplicadores?

La reconstrucción del aplicador es el proceso de identificar con precisión la ruta de la fuente dentro de los canales por donde circula , así como la primera posición de parada de la misma.

Colocamos las posiciones de la fuente sobre la imagen. Manualmente o por otros métodos.

Modos de reconstrucción

• Reconstrucción directa
• Reconstrucción mediante bibliotecas
• Planes híbridos

Reconstrucción directa

• El objetivo es encontrar el conjunto discreto de puntos de parada de la fuente sobre la secuencia de imágenes.

• Por otro lado, hemos de hacer corresponder univocamente dichas coordenadas a un parámetro de longitud.

Pros y contras de la reconstrucción directa

Pros

• Se identifican directamente los puntos de parada sobre la imagen.

Contras

• Las trayectoria de la fuente puede no ser fácilmente identificable.
• El espesor de corte.

Dummies en MRI

Dummies CT

Hechas de materiales de Z alto Son muy habituales y están codificadas para ver el primer punto de parada. Dificultad de cuando se cruzan dummies de varios canales y el artefacto a ser materiales de Z alto.

Dummies MRI

Nota

No hay dummies comerciales en el caso de agujas.

Hechas de materiales con “hidrógenos”(Por la resonancia) Al ser líquidos, problemas de contrucción de dummies de canal. De ahí la dificultad para las agujas.

Dummies puntuales

Colocamos el Template mediante las bolas. En CT se ve el template perfectamente, no en el caso de la MRI.

Bibliotecas de aplicadores

¿Qué son las bibliotecas de aplicadores?

• El objetivo de la reconstrucción es la de encontrar la transformación lineal que ha de aplicarse a un modelo para que quede superpuesto sobre la imagen.

• En contraposición a la reconstrucción directa, no es necesario conocer completamente la trayectoria de la fuente y la primera posición de parada.

• Es útil unicamente en aplicadores rígidos

Bibliotecas de aplicadores

Oncentra

Sagiplan

Varian lo tiene pero no he trabajado con el sistema. Aunque seguro que está diseñado de una manera parecida.

Transformaciones lineales

\[\begin{align} P= \begin{pmatrix} R & \vec{t}\\ 0 & 1\\ \end{pmatrix} \ \ R= \begin{pmatrix} r_{xx} & r_{xy} & r_{xz} \\ r_{yx} & r_{yy} & r_{yz} \\ r_{zx} & r_{zy} & r_{zz} \\ \end{pmatrix} \ \ \vec{t}= \begin{pmatrix} t_{x} \\ t_{y} \\ t_{z} \\ \end{pmatrix} \end{align}\] \[\begin{align} P_1 P_2= \begin{pmatrix} R_1 & \vec{t_1}\\ 0 & 1\\ \end{pmatrix} \begin{pmatrix} R_2 & \vec{t_2}\\ 0 & 1\\ \end{pmatrix}= \begin{pmatrix} R_1 R_2 & R1 \vec{t_2}+ \vec{t_1}\\ 0 & 1\\ \end{pmatrix} \end{align}\] \[\begin{align} R R^T=\mathbb{I} \rightarrow P^{-1}= \begin{pmatrix} R^T & -R^{T}\vec{t}\\ 0 & 1\\ \end{pmatrix} \end{align}\]

Explicar muy por encima el algebra de transformaciones. Recordar que se han desarrollado mucho los cálculos algebraicos sobre sistemas informáticos. AI.

Ejemplo de esquema del aplicador

graph TD;
    id0(Rule)-->id1(189722-04A<br>Fijación);
    id1--OVOID1FIX-->id2_1(189735-06<br>Canal derecho);
    id1--IUFIX-->id2_2(IU elegida);
    id1--OVOID2FIX-->id2_3(189740-06<br>Canal izquierdo);
    id2_1--OVOIDRI-->id3_1_4(Ovoide<br>derecho)
    id2_3--OVOIDRI-->id3_3_4(Ovoide<br>izquierdo)

Nodos y transiciones. Las transiciones las transformaciones. Los nodos las piezas.

Equivalencia en la Biblioteca

Oncentra

<connector name="OVOIDRI">
  <centerPoint x="39.2329311043" y="-8.287564434702" z="264.9381801444" />
  <axisDirection x="-0.08682408883347" y="0.8660254037844" z="-0.4924038765061" />
  <referenceDirection x="0.1503837331804" y="0.5" z="0.8528685319524" />
</connector>

Sagiplan

<Applicator>
[...]
  <Matrix>
    <M00>1.51522653757651060E-01</M00>
    <M01>-9.87841876892012416E-01</M01>
    <M02>3.47751586150990138E-02</M02>
    <M03>-1.25793160108370663E+05</M03>
    <M10>4.88627086188037407E-01</M10>
[...]
  </Matrix>
[...]
</Applicator>

Piezas sin transformación

Hacer notar que la configuración de un aplicador puede hacer que lo de aplicador rígido no sea tan importante si conseguimos identificar la configuración del aplicador

Modelo completo

Publicación 1

Notes

Objetivos

Material y métodos I

Hubo que crear una aguja. Utilizamos el concepto del free-length

Material y métodos II

Resultados I

Resultados II

Utrecht

graph TD;
    id0(Rule)-->id1(189722-04A<br>Fijación);
    id1--OVOID1FIX-->id2_1(189735-06<br>Canal derecho);
    id1--IUFIX-->id2_2(IU elegida);
    id1--OVOID2FIX-->id2_3(189740-06<br>Canal izquierdo);
    id2_1--NEEDLE1-->id3_1_1(Aguja 1)
    id2_1--NEEDLE2-->id3_1_2(Aguja 2)
    id2_1--NEEDLE3-->id3_1_3(Aguja 3)
    id2_1--OVOIDRI-->id3_1_4(Ovoide<br>derecho)
    id2_3--NEEDLE1-->id3_3_1(Aguja 1)
    id2_3--NEEDLE2-->id3_3_2(Aguja 2)
    id2_3--NEEDLE3-->id3_3_3(Aguja 3)
    id2_3--OVOIDRI-->id3_3_4(Ovoide<br>izquierdo)

Benidorm

graph TD;
    id0(Rule)-->id1(201722-04A<br>Fijación);
    id1--CYLINDER-->id2_1(Cilindro elegido);
    id1--IUFIX-->id2_2(IU elegida);
    id1--NEEDLE1-->id2_3_1(Aguja 1)
    id1--NEEDLE2-->id2_3_2(Aguja 2)
    id1--NEEDLE3-->id2_3_3(Aguja 3)
    id1-->id2_3_4([...])
    id1--NEEDLEX-->id2_3_X(Aguja X)

Resultados III

Discusión

• El método agiliza la reconstrucción de las agujas ya que se apoya en la parte intracavitaria
• El orificio de salida de la aguja en el ovoide permanece invariante y solamente se ha de hacer giros alrededor del mismo
• Puede haber una pequeña curvatura de la aguja, en el caso del Utrecht, pero se puede buscando el plano que contiene a la aguja y curvarla sobre dicho plano
• La colocación del aplicador Benidorm queda perfectamente determinado con los pellets de vitamina E.

Publicación 2

Notes

Objetivos

Notes

Material y métodos I

• MRI previa de 3 a 5 días antes del implante con cilindro y template
• Segmentación del CTV sobre la imagen pre-plan
• Dosimetría virtual con la propuesta de agujas
• Implante con el listado de agujas acordado

Material y métodos II

Resultados

• Determinación previa de vectores y su profundidad
• Ahorro significativo de tiempo
• Pacientes histerectomizadas: Mínimos cambios de pre a post-plan
• Pacientes no operados: Cambios menores en la componente intersticial del implante, aproximadamente 5 mm en la punta de los vectores para una profundidad típica de 160 mm

Discusión

• Un implante subóptimo no puede corregirse adecuadamente
• Estimación precisa de la profundidad, posición y número de agujas.
• Optimización de la cobertura del CTV y minimización de dosis en los OAR.

Publicación 3

Notes

Objetivos

• Revisar metodologías utilizadas por TPS comerciales para planificación en BT de cérvix con MRI
• Planificación de tratamientos con componentes intersticiales sobre MRI exclusiva
• Sugerencias a los especialistas sobre mejoras de los TPS desde la perspectiva del ORT y del MP

Autores y TPS Analizados

Experiencia de los Autores

• ORT y MP con amplia experiencia en BT-HDR de cérvix con MRI
• Representan centros españoles líderes en implantes

TPS Analizados

• Brachyvision v16.0 de Varian
• Oncentra v4.6.2 de Elekta
• Sagiplan v2.2 de BEBIG

Metodología de Revisión y Evaluación

Metodología de Revisión

• Basada en experiencia clínica de los autores y demostraciones interactivas de los especialistas

Procedimiento de Evaluación

• Cuestionario respondido por los especialistas.

Evaluación Sistemática

• Mediante el cuestinario y preguntas sobre productos ofertados o en desarrollo

Cuestionario

Resultados I

• Ningún TPS permite retirar anillos u ovoides de la MRI.
• Se necesita mejorar el algoritmo de posicionamiento automático en MRI.
• Métodos basados en free length para mejorar la reconstrucción.

Resultados II

• Proceso iterativo de optimización necesita integración en TPS.
• Importancia de sumar contribuciones de EBRT y BT en EQD2.
• Algoritmos de registro deformable necesitan desarrollo adicional.

Discusión: Herramientas avanzadas

• Velocity (Varian Medical Systems): herramientas avanzadas para registro de imágenes y suma de dosis.
• Redes Neuronales Convolucionales: potencial para automatizar segmentación de volúmenes clínicos y OAR.
• CT Sintéticos: generación a partir de MRI para segmentar tumores y OAR, obtener densidades electrónicas para cálculo de dosis.

Discusión: Reconstrucción de aplicadores

• Sistemas de Seguimiento Electromagnético: verificación de la trayectoria de la fuente de BT.
• Reconstrucción Semiautomatizada de Catéteres
• Algoritmos de Aprendizaje Profundo: investigados para la HDR ginecológica basada en MRI.

Trabajos derivados

Premio en Argentina

ALFIM2016 I

Hablar de las bolas de Auxina. Que ya se usaron en el template Benidorm

ALFIM2016 II

Notes

AAPM2019 I

Los canales de titanio apantallan las dummies

AAPM2019 II

Characterization of a Gynaecological Titanium Applicator for Direct Reconstruction on MRI

Explicar el intento de parametrizar el aplicador para convertirlo en rígido. Volver sobre el concepto de semirígidos.

ABS2021

A novel tool for the reconstruction of the Utrecht applicator on MRI

Hablar a futuro de intentar utilizar la AI para automatizar completamente el proceso y obviar la parte de ajustar la parte intracavitaria

Conclusiones

Notes

Conclusiones I

• El uso de bibliotecas de aplicadores es una herramienta útil para la reconstrucción sobre MRI, incluyendo la determinación precisa de la tip-position y la reconstrucción de la parte intersticial.
• Las bibliotecas de aplicadores se pueden extender a aplicadores que no son completamente rígidos.
• Los planes virtuales creados con bibliotecas de aplicadores permiten el diseño de planes que optimicen la cobertura de volúmenes blanco y la protección de los OAR.

Notes

Conclusiones II

• El uso de dummies puede utilizarse no solo para señalar los canales sino como ayuda para posicionar el aplicador.
• Las herramientas caseras desarrolladas por usuarios pueden inspirar mejoras en los TPS comerciales.

Notes

Gracias por su atención

https://aotal.github.io/defensa/

https://aotal.github.io/memoria_tesis/